在人类面临能源危机和环境污染双重挑战的今天,风能作为一种可再生的清洁能源具有巨大的环保效益和商业潜力。随着各国对风能利用的重视和风力发电技术的提高,风电在电力市场中的占有比例不断上升,风电机组单机容量也稳步增加,一旦风电机组故障停机,将对电网安全和国民经济造成巨大影响。在已投产的风电机组中,水平轴、三叶片、上风型、双馈式风电机组仍占据主导地位,然而其传动链结构复杂,一直是风电机组故障的多发区。振动信号作为传动链故障特征信息的载体,能够有效反映风电机组传动链绝大多数的故障信息。因此为了保证风电机组的安全可靠运行,本文基于振动分析方法,针对风电机组传动链的状态监测与故障诊断技术展开研究。论文首先以研究风电机组传动链的柔性运行特征为出发点,对比分析了在电网多种故障条件下,六组传动链质块模型(包括六质块,四质块,三质块Ⅰ,三质块Ⅱ,二质块和一质块模型)的暂态响应,探讨传动链结构和柔性参数设置对机组暂态运行特性的影响。其次针对风电机组传动链主要易损部件轴承、轴和齿轮箱的典型故障和失效形式进行研究,并计算得到各部件的主要故障特征参数,确定振动测点位置。接着论文研究了包括时域指标计算、傅里叶变换、细化谱分析、包络谱分析和小波多分辨分析等方法在内的信号处理手段,实现计算机算法。并提出一种基于小波多分辨分析的风电机组传动链振动故障诊断方法,该方法具有故障特征库的自学习能力和多级预警功能。最后在上述研究的基础上,结合系统实际功能需求,设计并完成了基于嵌入式系统下位机和基于PC上位机架构的在线监测、故障预警与诊断一体化系统。并将该系统实际应用于大型兆瓦级风电机组上,以实测振动信号为例,通过时域、频域和小波分析等方法阐述风电机组传动链故障诊断过程,提出可能存在的故障隐患。
